There are three main modes of heat transfer: conduction, convection, and radiation. Conduction involves the direct contact and transfer of heat between particles of a material. Convection occurs through the movement of a fluid like a gas or liquid that transports heat as it moves. Radiation can occur through empty space and involves the emission and absorption of electromagnetic waves between surfaces at different temperatures. Fourier's law of heat conduction describes conduction as proportional to the temperature gradient through a material. Newton's law of cooling describes convection as proportional to the temperature difference between a body and its surroundings. Stefan-Boltzmann law describes radiation as proportional to the temperature of a radiating surface.

1. TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA
Docente: Dr. Juan Carlos PONCE RAMIREZ 2020-II
UNIDAD I
1 Modos de transferencia
El proceso de la transferencia de calor es indetenible (no se lo puede frenar) aunque
ralentizable (se puede desacelerar), empleando barrares y aislantes. Pero siempre que
exista una diferencia de calor en el universo, el calor tenderá a transferirse a través de
los medios disponibles. Dependiendo de ellos, dicha transferencia podrá darse por tres
modos: conducción, convección y radiación.
Figura 1: Modos de transferencia de calor.
En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción,
convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran
considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen
exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca
convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia
de temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere
energía de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente
se admite el modo transferencia de calor por convección.
a. Conducción:
Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio material por
contacto directo entre sus partículas, cuando existe una diferencia de temperatura
y en virtud del movimiento de sus micro partículas.
Se llama conducción a la transferencia de calor mediante el contacto directo de las
partículas de un material con las de otro, sin transferir materia entre los cuerpos.
Ocurre en todos los estados de agregación: sólido, líquido o gaseoso, aunque en
estos dos últimos suele preferirse la convección.

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Figura 2: Transferencia de calor por conducción.
La transferencia ocurre en todos los estados de la materia y el medio puede ser
sólido, líquido o gaseoso, aunque en líquidos y gases solo se da la conducción pura
si se excluye la posibilidad de convección.
La cantidad de calor que se transfiere por conducción, viene dada por la Ley de
Fourier. Esta predice que la densidad de flujo de calor sobre el área es igual al
cociente entre la diferencia de temperatura con la diferencia de posición en una
dirección multiplicada por la conductividad. El área es normal a la dirección de flujo.
Según la cual la velocidad de transferencia del calor a través de un cuerpo es
proporcional al gradiente de temperatura que existe en él.
.
Figura 3: Ley de Fourier.
𝐽 = −𝐾
𝛿𝑇
𝛿𝑋
La ecuación se multiplica por un signo menos para que la densidad de flujo de calor sea
positiva cuando la temperatura disminuye. La densidad de flujo de calor tiene unidades
de W/m2
-K en el Sistema Internacional.

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Convenios del signo
Figura 4: Representación del convenio del signo.
Para gases monoatómicos de baja densidad como el neon a bajas presiones se utiliza la
ecuación de Chapman-Enskog que es el cociente entre el producto de una constante y
la raíz cuadrada que contiene el cociente entre la temperatura absoluta y la masa molar
sobre el diámetro de partícula al cuadrado por la integral de colisión que se determina
por el parámetro de Lennard-Jones que es un cociente de unidades de cal/W-m2
-K.
Donde:
DAB : Difusibilidad de la masa A que se difunde en la masa B en cm2/seg
T: Temperatura en °K
Ma y Mb : Pesos moleculares de A y B
P : Presión absoluta en atm.
σAB : Diámetro de colisión de anstrom. (Constante de Leonard Jones)
ΏD : Integral de colisión de la difusión molecular.
Para los líquidos se utiliza las gráficas de conductividad en función de las relaciones relativas
de presiones y de las relaciones relativas de temperaturas.
Esta Ley de Fourier afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo
por unidad de sección transversal, es proporcional al gradiente de temperatura que existe
en el cuerpo. Los sólidos metálicos o no metálicos poseen un movimiento de electrones
libres que son los responsables de la transferencia de calor a través de vibración y traslación.
Debido a la menor intensidad de corriente eléctrica en los no metálicos entonces los
movimientos de las partículas son más vibracionales. La corriente eléctrica existe por
el movimiento de los electrones libres. La conductividad térmica tiene mayor
importancia en los sólidos metálicos como el cobre o el aluminio.
Es muy bajo para los no metales como la landa de amianto y corcho. En los gases a
bajos diámetros son mayores las conductividades porque es mayor el movimiento de

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las moléculas precisamente las colisiones por lo que se transfiere más la energía
térmica. Aumenta con la presión y disminuye cuando baja la presión (cerca del vacío).
b. Convección:
La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos simultáneos.
La convección es semejante a la conducción, excepto que ocurre en los casos en
que un fluido recibe calor y se mueve para transmitirlo dentro de un espacio donde
está contenido. La convección es el transporte de calor por medio del
movimiento de un fluido, sea gaseoso o líquido.
El primero, es la transferencia de calor por conducción, debido al movimiento molecular,
a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de fracciones del
fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa, que puede ser un gradiente
de densidad (convección natural), o una diferencia de presión producida
mecánicamente (convección forzada) o una combinación de ambas. La cantidad de
calor transferido por convección, se rige por la ley de enfriamiento de Newton.
La convección es semejante a la conducción, excepto que ocurre en los casos en
que un fluido recibe calor y se mueve para transmitirlo dentro de un espacio donde
está contenido. La convección es el transporte de calor por medio del
movimiento de un fluido, sea gaseoso o líquido.
Figura 5; Transmisión de calor por convección.
Dicha transferencia se da en los términos planteados por la Ley del enfriamiento de
Newton, que establece que un cuerpo pierde su calor a un ritmo proporcional a la
diferencia de temperatura entre el cuerpo y sus alrededores.
Un claro ejemplo de ello ocurre cuando calentamos agua en un recipiente. El calor
transferido por conducción del recipiente al líquido calentará las porciones que
estén en contacto directo con él, que ascenderán y forzarán a otras porciones frías
del líquido a ocupar su lugar, calentándose así uniformemente el agua.
c. Radiación:
Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o
moléculas constitutivas.

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El último tipo de transferencia de calor es también el único que puede darse en ausencia
de contacto y, por ende, también de un medio físico, o sea, en el vacío. En ausencia de
un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a
diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita
emiten energía en forma de ondas electromagnéticas
Esto se debe a que su origen está en el movimiento térmico de las partículas cargadas
de la materia, que desencadena la emisión de partículas electromagnéticas, es decir,
de radiación térmica, siendo su intensidad dependiente de su temperatura y la longitud
de onda de la radiación considerada.
El calor emitido por una superficie en la unidad de tiempo, viene dado por la ley de
Stefan-Boltzmann.
Donde:
P: Potencia irradiada neta.
A: área radiante.
𝜎: Constante de stefan
E: emisividad
T: Temperatura del radiador
Tc: Temperatura circundante
Figura 6: Transmisión de calor por radiación.
https://www.youtube.com/watch?v=8LWmFqJ5HpI
Referencias bibliográficas
Creus S.A. (2012). Instrumentación industrial. México DF. Alfa y omega. 345 págs.
García M.E. (2020). Automatización industrial. Universidad Politécnica de Valencia. 375 págs.

6. TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA
Docente: Dr. Juan Carlos PONCE RAMIREZ 2020-II
Higuera, A. (2007). El Control Automático en la Industria. (3ed.). España: Universidad de Castilla-
La Mancha.
Morales M. R., Ramírez M. R. (2013). Sistemas de control moderno: Sistemas de tiempo
continuo. Volumen I. Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. México,
129 págs.